Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Термопреобразователи сопротивления



Измерение температуры с помощью термопреобразователей сопротивления (ТС) основано на ис­пользовании зависимости элек­трического сопротивления чувствительного элемента от температуры:

R = f(t).Вид этой функции зависит от природы материала термопреобра­зователя сопротивления. Для изго­товления металлических ТС при­меняются только чистые металлы, отвечающие следующим ос­новным требованиям:

1. Нейтральность к измеряемой среде.

2. Высокий и неизменный температурный коэффициент электри­ческого сопротивления для металлов, используемых в ТС, температурные коэффициен­ты принято определять в интер­вале. 0—100°С (в 1/°С):

3. Изменение сопротивления с изменением температуры по пря­мой или плавной кривой без резких отклонений и гистерезиса, т. е. монотонная зависимость сопротивления от температуры.

4. Большое удельное электрическое сопротивление.

Указанным требованиям в определенных температурных интер­валах отвечают платина, медь, ни­кель, вольфрам и железо. ТС мо­гут изготовляться из полупроводниковых материалов. Преимуществом полупроводниковых термопреобразователей сопротивления — терморезисторов — является боль­шой температурный коэффициент сопротивления [(Зч-4) 10~2 1/°С], вследствие чего из них можно изготовлять ТС малых размеров, а следовательно, с малой тепловой инерцией. Их недостат­ками является плохая воспроизводимость параметров, что затрудняет взаимозаменяемость, а также возможность измерять температуру только до 250—300° С. Промышлен­ностью выпускается не­сколько типов терморезисторов, постоянная времени которых от 10 до 100 с. В настоящее время выпускаются две большие группы металли­ческих стандартных термопреобразо­вателей сопротивления: плати­новые и медные. Платиновые предназначены для измере­ния темпе­ратуры от —260 до +650° С, медные — от —50 до +100° С. Плати­новые ТС выпуска­ются двух модификаций: одинарные и двойные. В двойных в одну арматуру вмонтированы два эле­мента, не связанные электрически друг с другом. Медные ТС выпускаются толь­ко одинарными. Чувствительные элементы широко распространенных платиновых ТС представляют собой двух - или четырехканальный керамический каркас, в каналы которого укладываются платиновые спирали из проволоки (0,1 мм), закрепляемые в них глазурью. Для увеличения механической прочности и умень­шения тепловой инерции ТС пространство между стенками каналов и спиралями засыпается спе­циальным порошком из алюминия. Существуют также конструкции с многослойной намоткой платиновой проволоки, изолированной винифлексовым лаком, с намоткой проволоки на кера­мический каркас в виде «звездочки» и др. Для защиты от повреж­дений элементы ТС помещают в защит­ные чехлы (трубки). Элементы медных ТС изготовляются из эмалированной прово­локи диаметром 0,08—0,1 мм, много­слойно безындукционно намо­танной на цилиндрический пластмассовый стержень. Выводы дела­ются из медной проволоки диаметром 1,0—1,5 мм. Элемент поме­щается в защитную стальную трубку. Наружная арматура ТС, так же как и арматура термоэлектрических преоб­разователей, состоит из защитной трубы, подвижного или неподвижного штуцера для крепления и головки, в которой помеща­ется контактная колодка с зажимами для проводов, соединяющих ТС с измерительным устройством термометра сопро­тивления. Защит­ная труба в зависимости от назначения изготовляется из углеро­дисто1 или нержавеющей стали. Имеется ряд конструкций защитной арматуры ТС. В пищевой промышленности применяются общепромышленные термопреобра­зователи сопротивления в соответствующей защитной арматуре, однако ряд типов ТС изготовляется специально для использования в пищевой промышлен­ности: для шприц-машин и шприц-прессов, холодильных установок, рефрижера­торов и т. п.

Логометры. Логометры являются магнитоэлектрическими изме­рительными приборами, измеряю­щими отношение двух токов. По­движная систему логометра (pnc.--VLI8) состоит из двух же­стко скрепленных между собой рамок, имеющих сопротивления R{ и R2, расположенных под некото­рым углом друг к другу и помещенных в зазор между полюсными наконечниками постоянного маг­нита и сердечником. .

Рамки закрепляются с помощью кернов и подпятников, на рас­тяжках или на подвесах, что обеспе­чивает возможность их поворота на некоторый угол. Ток к рамкам подводится по спиральным безмо-ментным пружинкам, а также через подвесы или растяжки.

Магнитная система логометра выполнена так, что магнитная ин­дукция в зазоре между магнит­ными наконечниками и сердечником неравномерна и имеет наибольшую величину в середине,, а наи­мень­шую у краев. Неравномерность достигается применением полюсных ~ магнитных наконечников или сердечников специальной формы. *К рамкам подводится ток от общего источника питания £. На­правле­ние токов через рамки R1 и R2 таково, что они создают в рамках встречно направленные мо­менты сил. Вращающие'моменты сил рамок (в Н-м. Если сопротивления рамок одинаковы, т. е. R1=R 2 и R = Rt, то /1 = /2 и М1 = М2 и подвижная сис­тема находятся в среднем положе­нии. При изменении сопротивления Rt вследствие изменения темпе­ратуры через одну из рамок потечет ток большей силы, равенство моментов нарушается, и подвиж­ная система поворачивается на угол. Рамка; по которой течет ток большей силы, попадает в за­зор с меньшей магнитной индукцией, а другая рамка заходит в зазор с большей магнитной индук­цией. При определенном положении Моменты рамок сравняются, т.е. будет справедливо следующее ра­венство.


 

ЖИДКОСТНЫЕ МАНОМЕТРЫ

Принцип действия этих манометров основан на уравновешиваний измеряемого давления или разно­сти давлений давлением столба жидкости. Они имеют простое устройство и высокую точность из­мерения, широко применя­ются как лабораторные и поверочные приборы. В качестве з.апорных жидкостей применяются вода, спирт, маслй,^ ртуть. Компрессион­ные манометры, в которых для измере­ния абсолютного давления разреженного газа его подвергают пред­варительному сжатию ртутью,- применяются лишь в специальных случаШ. Жидкостные мано­метры разделяются на U-образные, коло­кольные и кольцевые.

U-образные манометры

Приборы U-образные — двухтрубные (рис. VII.1) и чашечные однотрубные -г- представляют со­бой стеклянную трубку 1, укрепленную на плате 3 со шкалой и залитую запорной жидкостью 2. Прин­цип и» действия основан на за­коне сообщающихся сосудов. Одно из колен трубки соединяется с объемом, в котором измеряется избыточное давление. Равнове­сие системы наступает в момент, когда гидростатическое давление столба жидкости уравнове­сит давление

Разность уровней определяется как сумма отсчётов по шкалам правого и левого коленПри измерении разности (перепада) давлений жидкостным дифференциальным двухтрубным манометром большее (плюсовое) дав­ление подается в одно из колен трубки, а меньшее (минусовое)—во второе. Разность уровней жидкости в плюсовом и минусовом коле­нах пропорциональна измеряе­мому перепаду давлений: Двухтрубным приборам присущ ряд погрешностей вследствие не­точности отсчета положения мени­ска жидкости, изменения температуры окружающей среды, явлений капиллярности и т. д. Большинство погрешностей может быть снижено введением соответст­вующих поправок. Недостат­ком двухтрубных жидкостных приборов является необходимость двух отсчетов, что приводит к увеличе­нию погрешности измерения.Однотрубные (чашечные) манометры представляют собой моди­фикацию двухтрубных, одно из ко­лен которых заменяется широким сосудом (чашечкой) (рис.VII.2). Под действием избыточного дав­ления уровень жидкости в сосуде понижается, а в трубке повыша­ется.Недостатком однотрубных приборов является погрешность, воз­никающая в результате пониже­ния уровня жидкости в сосуде на величину Н. Очевидно, что для таких приборов справедливо отно­шение

Колокольные манометрыКолокольные манометры (рис. VII.5) чаще всего используются для измерения перепадов давле­ний и разрежений. В этом приборе:колокол 1, подвешенный на посто­янно растянутой винтовой пружи­не 2, частично, погружен в разде­лительную жидкость 3 (трансфор­маторное масло), налитую в со­суд 4. При р\=рч колокол прибо­ра будет находитьсяв равновесии. При возникновении разности дав­лений (рх—р2) >'О равновесие сил нарушается и появляется подъем­ная сила, которая будет переме­щать колокол. При перемещении, коло­кола Пружина сжимается. Когда подъемная сила сделается-равной противодействующему уси­лию пружины, колокол займет Новое положение равновесия, пе­реместившись на высоту И.

Измеряемая разность давле­ний {p1-p2) и значение Н связа­ны зависимостью

Из формулы (VI 1.22) видно, что изменением жесткости пружи­ны и внутренней площади коло­кола можно изменять пределы, изме­рения прибора и его чувствительность.Перемещение Н колокола может быть преобразовано в сигнал измерительной информации с помо­щью одного из преобразователей, описанных в главе IV. Выпускаемые колокольные дифманометры снабжены дифференциально-трансформаторными или ферродинамическими преобразовате­лями и предназначены для измерения пе­репадов давлений в пределах от 0 до 1000 Па при максималь­ном рабочем давлении до 0,25 МПа, классы точности 1—2,5.


ДЕФОРМАЦИОННЫЕ МАНОМЕТРЫ

Принцип действия деформационных манометров основан на ис­пользовании деформации чувстви­тельных элементов или развивае­мой ими силы под действием измеряемого давления среды, преоб­разующих давление в пропорциональное перемещение или усилие. Таким образом, в деформаци­онных приборах измеряемое усилие F (в Н) уравновешивается механическими напряже­ниями в материале чувствительного элемента,В качестве чувствительных элементов широко применяются мем­браны (жесткие или вялые), силь­фоны и трубчатые манометриче­ские пружины.Отечественным приборостроением выпускается большая группа измеритель­ных преобразовате­лей давления, в которых используются унифицированные сиг­налы ГСП: преобразователи с силовой и магнитной компенсацией, с дифференциальными трансформаторами, ферродинамические и др.

Мембранные манометры

В качестве чувствительных элементов в этих манометрах исполь­зуются жесткие или вялые (мяг­кие) мембраны. Жесткие мембраны представляют собой упругие чувствительные элементы в виде эла­стичных пластин, изготовляе­мых из специальных сортов стали или бронзы, воспринимаю­щих изме­ряемое давление и преобразующих его в пропор­циональное перемещение или усилие. Вялые мем­браны изго­товляются из мягких материа­лов— прорезиненной ткани, специальной резины и т. п., при этом сила, возникающая на мембране, уравновешивается дополнительным упругим эле­ментом (чаще всего пружиной) или устройством обратной связи. Жесткие мембраны применяются в виде пло­ских или гофрированных дисков, а также в виде мембранных коробок, образованных двумя соединен­ными между собой гофрированными мембранами (рис. VII.7). Мембранный показывающий манометр (рис. VII.8) состоит из мембранного измерительного блока 3, состоящего из двух мем­бранных коро­бок^ соединенных между собой, и передающего меха­низма /, с помощью которого перемещение цен­тра верхней мембран­ной коробки передается стрелке показывающего устройства (на рис. VII.8 не пока­зана). Пружина 2 служит для выбора люфтов в механизме.

В мембранном дифманометре с дистанционной передачей пока­заний на расстояние (рис. VII.9) дав­ление измеряемой среды под­водится к прибору по импульсным трубкам. В плюсовой и минусо­вой камерах дифманометра помещены две одинаковые мембранные коробки 1 я 2, образованные из сварен­ных между собой гофриро­ванных мембран. Коробки укреплены в разделительной диафрагме, которая зажата между крышками корпуса 5. Внутренние полости мембранных коробок заполнены дис­тиллированной водой и сооб­щаются через отверстие в диафрагме. С центром верхней мембраны связан сердечник 3 индукционного преобразователя 4\ преобразую­щего перемещение в электриче­ский сигнал, подаваемый на вторичный прибор. При изменении перепада давления мембранные ко­робки деформируются, подвижные центры их перемещаются и вода перетекает из одной коробки в другую. Величина перемещения подвижного центра верхней коробки и соединенного с ним сердеч­ника зависит от параметров коробки и разности давлений снаружи и внутри коробки. Деформация мембран продолжается до тех пор, пока силы, вызванные перепа­дом давления, не уравновесятся упру­гими силами мембранных коробок. В случае превышения расчет­ной разности давлений коробка, находящаяся в зоне более высокого давления, сжимается до соприкосно­вения мембран и вся жидкость перетекает из нее во вторую коробку. Объемы коробок рассчиты­ваются так, что каждая из них мо­жет вместить весь объем жидкости без перенапряжений и без, возникновения остаточных деформа­ций.

Для снижения влияния расширения жидкости в коробках вслед­ствие изменения температуры ниж­няя коробка имеет несколько меньшую жесткость, чем верхняя. Следовательно, при изменении температуры окружающей среды изменяется в основном объем нижней коробки, что практически не отражается на показаниях прибора/ Подобные мембранные дифманометры изготовляются на пере­пады давлений от 1,6 до 630 кПа и на рабочее давление среды до 25 МПа. Класс точности приборов 1; L.5.1

Дифманометр с вялой мембраной (рис. VII. 10.) предназначен для непрерывного преобразования разности, давлений газа или жидкости в электрический сигнал дистанционной передачи элек­три­ческой аналоговой ветви ГСП. Измеряемая разность давлений под­водится к плюсовой и минусовой камерам измерительного блока 2 с мембраной 1, с помощью которой преобразуется в пропорциональ­ное ей усилие. Мембрана представляет собой резинотканевый одногофровый диск сжестким цен­тром. Усилие, развиваемое на мем­бране, с помощью рычага 3 с одногофровой мембраной вывода 4 передается на рычажный передаточный механизм электросилового преобразователя 5. Подобные дифманометры выпускаются на пере­лады давлений от 0,16 до 6,3 кПа и на предельное рабочее давле­ние 0,25 и 1 МПа. Класс точности 1 и 1,5.

Сильфонные манометры

В сильфонных манометрах в качестве чувствительных элемен­тов используются сильфоны, пред­ставляющие собой тонкостенную металлическую трубку с поперечной гофрировкой. Некоторые типы сильфонов изготовляются с винтовой пружиной, вставляемой внутрь, что несколько расширяет диапа­зон их применения вследст­вие уменьшения влияния гистерезиса и нелинейности.

Сильфоны бывают однослойные (рис. VII.11) и многослойные различных диаметров, длины и с раз­личным числом гофр. Обычно диаметр сильфонов 12—100 мм, длина 13—100 мм, число гофр 4— 24. Рабочий ход сильфонов 2,8—21 мм.Сильфонный пневматический тягонапоромер (рис. VII.12) пред­назначен для непрерыв-ного преоб­разования давления или разреже-нйХ в пропорциональный пневматический сигнал дистанцион­ной пе­редачи. Принцип действия прибора основан на пневматической си­ловой компенсации.В сильфонном дифманометре с электросиловой системой дис­танционной передачи ГСП (рис. VII. 13) измеряемый перепад давле­ния подводится к плюсовой и минусовой камерам измерительного блока 9 с основанием 4, к которому крепятся сильфоны 7 и 8. Силь­фоны соединены также с клапа­нами 2 и 5. Пружина 6 служит для того, чтобы эти клапаны произвольно не сближались при нормаль­ной работе измерительного блока.

Внутренняя полость измерительного блока, образованная силь-фонами и основанием 4, заполня­ется кремнийорганической жидко­стью, которая при изменении температуры измеряемой среды, под-, водимой к блоку 9, изменяет свой объем, что ведет к изменению давления, воспринимае­мого компенсационным сильфоном 1.

При нормальных условиях работы измерительного блока клапа­ны 2 и 5 открыты. При перегрузке со стороны плюсовой или мину­совой камеры один из клапанов закрывается, что предохраняет силь­фоны от разрушения. При нарушении герметичности мембраны вывода 3 одновременно закрываются оба клапана, предохраняя оба сильфона от разрушения и обеспечивая защиту от выброса наружу изме­ряемой среды.

Преобразование изменения разности давлений, подводимого к блоку 9, в электрический сигнал осуществляется с помощью систе­мы рычагов и унифицированного электросилового преобразователя ГСП, показанного на рис. VII. 13 вверху. Подобные дифманометры предназначены для использования в широком диапазоне измерений разности давлений от 4 до 25 кПа при рабочем давлении 10— 40 МПа. Класс точности приборов 1; 1,5.






Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-04-10; Просмотров: 173; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! (0.087 с.) Главная | Обратная связь